Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
кВт/мм2 при ускоряющем напряжении 25 кВ.
Развитие электронно-лучевой технологии, а также физики техники газового
разряда позволило применять электронно-лучевые пушки на основе
высоковольтного газового разряда [8]. Газоразрядные пушки данного типа по
сравнению с термоэлектронными обладают тем преимуществом, что в них
используется относительно низкий вакуум, обеспечиваемый только за счет
механических насосов.
Пушки с холодным катодом и полым анодом обеспечивают пучки электронов с
током в сотни миллиам-
8S
пер в непрерывном режиме, однако для мощных установок, предназначенных
для сварки больших толщин и вакуумной плавки, интенсивность электронного
пуйка должна быть на порядок выше. Поэтому необходимость увеличения
разрядного тока вынуждает использойать дуговую форму самостоятельного
разряда, а также геометрическое контрагирование дуги для стабилизации
параметров плазмы в области эмиссионного отверстия при перемещениях
катодного пятна, что обеспечивает пучок электронов с током до 1 А [9,
10].
Законы движения электронов в вакууме имеют много общего с оптикой.
Магнитные и электрические поля при их воздействии на поток электронов
имеют такое же значение, как стеклянные линзы или призмы в световой
оптике. Поэтому для управления потоком электронов применяют электрические
способы его преломления и фокусировки [11].
Система отклонения служит для управления перемещением электронного луча
по поверхности обрабатываемого изделия. В ряде случаев используются
отклоняющие пластины, создающие поперечное электрическое поле (рис. 51),
однако более широко применяются электромагнитные системы, выполненные в
виде прямоугольных катушек, собранных попарно, причем каждая пара смещена
относительно друг друга на 90° (рис. 52) так, что вместе они обеспечивают
отклонение луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Пропуская
постоянный ток различной величины одновременно по каждой катушке (или
изменяя напряженность
86
3
Рис. 53
электрического поля между пластинами), можно изме-дять траекторию
электронного луча. Кроме четырехполюсных отклоняющих систем применяются
шести- и восьмиполюсные (рис. 53).
Выбор способа отклонения (электростатическое или электромагнитное)
полностью определяется типом и характеров работы пушки исходя из
технологических и энергетических соображений [15]. Известно, что по
энергии поля, запасенной в области отклонения, электростатическое
отклонение в 2-5 раз эффективнее магнитного. С учетом общего
энергопотребления и при одинаковой полосе пропускания применение
электростатического отклонения выгоднее лишь при углах, не превышающих 3-
7°; при больших же углах предпочтительнее магнитное отклонение.
Если не предпринять соответствующих мер, то электронный луч,
сформированный пушкой, по мере движения под воздействием
пространственного заряда будет расширяться, поэтому для поддержания его
формы и размеров применяют фокусировку, используя при этом
87
/
опять явление взаимодействия электрического и м нитного поля с потоком
электронов.
По принципу формирования электронных пучков различают электростатическую,
электромагнитную или магнетронную фокусировку. /
По выходе из отверстия анода электронный пучок снова расходится под
воздействием пространственного заряда. Возникновение пространственного
заряда /связано с тем, что при относительно большой плотнрсти
электронного пучка и сравнительно невысоком анодном напряжении не все
электроны, испускаемые катодом, достигают анода. Часть электронов,
потерявших скорость вследствие взаимодействия друг с другом или
молекулами газа, задерживаются в пространстве между анодом и катодом и,
накапливаясь, создают так называемое "облако пространственного заряда".
Такой же объемный отрицательный заряд создается и после анода, который
препятствует дальнейшему свободному прохождению потока электронов,
искажая их траектории, и при определенных условиях даже способствует
возвращению их значительной части на катод, уменьшая таким образом
величину анодного тока.
Поэтому, чтобы сохранить размеры и форму пучка электронов (учитывая
диаметр диафрагмы в лучеводе и допустимую плотность мощности), необходимо
повышать до возможных пределов напряжение на аноде или применять тот или
иной метод фокусировки. Возможности первого способа ограничены, так как
при повышении ускоряющего напряжения возрастает величина рентгеновского
излучения, поэтому более доступным и эффективным средством получения
электронных пучков высокой плотности является фокусировка.
Электростатическая фокусировка используется в электронно-лучевых
установках малой мощности, предназначенных для процессов микросварки.
Фокусное расстояние f электростатических линз определяется из выражения
tj\rv
f = К-jr-. (И.6)
где к - коэффициент пропорциональности; Е - напряженность поперечного
электрического поля, В/см.
88
Изменением этих параметров можно сравнительно легко менять фокусное
расстояние электростатической линзы. Следует, однако, отметить, что ввиду
